基于單片機的液體點滴速度監控裝置設計

摘要：本設計為一個自動控制系統，它集合電子、機械、自動化等方面的知識為一體。在完成設計要求的同時，我們對電路設計進行了技術改進和創新。為提高系統的性能與智能，我們使用了單片機89C52作為控制核心器件，并采用比例控制器，使得電動機控制較為精確。在輸出點滴速度與從站號的顯示上，打破了傳統的設計模式，大膽地采用了液晶顯示模塊。在利用它完成站號顯示和點滴速度顯示的要求同時，增加了計時、報警和友好界面顯示。

關鍵詞：單片機 液體點滴 速度監控

一、方案論證與比較

本設計一個自動控制系統，它集合電子、機械、自動化等方面的知識為一體。經分析，控制系統由以下幾部分組成：執行機構、控制方式、傳感器、控制對象。

（一）控制方式

方案一：根據管徑與液體流速的關系，采用改變管徑粗細的方法來控制液體流速從而控制液滴速度，即通過執行機構控制輸液軟管夾頭的松緊來控制點滴速度。從理論上講，這種控制方式下的系統結構相對簡單。

方案二：根據液位高度與液體流速的關系，采用改變液體液位高度的方法來控制液滴速度，即改變漏斗高度h2來控制點滴速度。受控對象的放大倍數較小，控制靈敏度適中，系統穩定性比較好，可以達到題目要求。

（二）儲液瓶液位和液滴速度檢測傳感器選擇

方案一：采用微波傳感器。該傳感器利用微波多普勒技術，在有效空間內建立電場，當移動物體進入電場后，微波傳感器能夠檢測出該移動物體，輸出檢測信號?？梢詫崿F非接觸測量，檢測速度快，靈敏度高，可以進行動態檢測與實時處理，便于自動控制。

方案二：采用光電傳感器。該傳感器從原理上講是利用光電效應把一切影響光學量的非電量轉換成電信號。光電傳感器響應快，易于實現非接觸測量，性能可靠，故選此方案。

采用神視光電傳感器CX-24檢測液滴，該傳感器是近距離擴散反射型紅外光電傳感器，反應時間1ms以下，可以有效檢測液滴。

（三）執行機構

方案一：采用直流電動機。直流電動機具有良好的起、制動性能，易于在廣泛范圍內平滑調速，并且直流電動機的主磁通與電樞電流相互獨立，可以分別對它們進行控制，容易得到滿意的動、靜態性能。但其不能定位，就是采用變速齒輪箱鎖定，定位也不會精確，而且轉子發熱多，電機效率低。

方案二：采用步進電動機。步進電動機可以用數字信號直接進行開環控制，易于起動、停止、正反轉及變速，響應性也好。

（四）顯示界面模塊

這是決定系統使用是否方便的關鍵。

方案一：采用LED顯示。顯然這只能顯示非常有限的符號和數碼字。對于本設計功能是不相適應的。

方案二：采用點陣式LCD顯示。這是最為復雜的實現，需要完成大量的顯示工作，但其功能也是最強大的。采用點陣式LCD，配合Flash ROM中的漢字庫，可以實現漢字顯示，并將點滴速度顯示明確，使用戶自定義非常方便。

權衡之后，我們決定選用方案二，它實現了用戶設定的實時顯示和全中文界面，使界面非常之親切，增強了人機交互性。

（五）系統方案框圖

主站、從站控制系統均采用單片機89C52為核心，系統框圖如圖1。由于單片機、電動機、滴液傳感器形成了閉環系統，反饋環節不斷的進行補償，系統可以達到很高的精度?？紤]到從站功能全部一致，只畫出一路。

二、硬件部分

（一）脈沖整形與濾波電路

系統的精度與傳感器采集的脈沖信號的波形有很大關系。圖2，這里采用電阻和電容組成的無源一階低通濾波器濾除高次諧波，用單穩態觸發反相器4148進行脈沖整形。

（二）顯示模塊

本設計中采用OCML（奧可拉中文集成模塊）128×64液晶點陣模塊，這樣不但能顯示數字信息，而且能顯示中文信息，界面友好，增強了人機對話的功能，模塊腳17、腳18接輝度調節電位器（20K左右），以便調節輝度，以保證人的最佳視覺效果。

（三）RS-485接口電路

RS-485最小型由兩條信號電路線組成。每條連接電路有接大地參考點，這電纜能支持32個發送/接收器對。為了避免地面路電流，每個設備都要接地。這電纜包括連至每個設備電纜地的第三信號參考線。

三、軟件部分

（一）串行通信波特率選擇與設定

為了靈活地設置通訊波特率，我們選擇定時器方式3，設定9600波特率，串行工作方式3為11位為一幀的串行通信方式，即一個起始位、9個數據位、1個停止位。

（二）步進電機步數的確定

步進電機速率控制的方法就是改變每個脈沖的時間間隔，也就是改變程序中的延時時間。步進電機轉動10圈需要2秒鐘，則每步進一步所需要時間為

所以，只要頻率在2KHz，即可達到上述目的。

系統測試

（一）調試方法和過程

采用先分別調試個單元模塊，調試通過后再進行整機調試的方法，很好的提高了調試效率。

（二）測試儀器

仿真器EasyPack 8052F/EII MAS-345型數字萬用表

3040A型數字存儲示波器（40MHz） DF1731SL3A直流穩壓電源

XD1B型低頻信號發生器 TOP852

（三）測試數據

參考文獻

[1]吳金戌，沈慶陽等.8051單片機實踐與應用.北京：清華大學出版社，2002.

[2]劉暢生，于建國等.傳感器簡明手冊及應用電路—溫度傳感器分冊（上冊）[M].西安電子科技大學出版社，2006.

[3]劉暢生，于建國等.傳感器簡明手冊及應用電路—溫度傳感器分冊（下冊）[M].西安電子科技大學出版社，2006.

作者簡介

賈倩，出生于1981年09月，女，講師，研究方向：計算機應用技術。

（作者單位：1青島科技大學；2青島黃海學院）